克勞斯硫回收工藝技術(shù)改造

張 路

（兗礦國(guó)宏化工有限責(zé)任公司，山東 鄒城 273500）

經(jīng)驗(yàn)交流

克勞斯硫回收工藝技術(shù)改造

張 路

（兗礦國(guó)宏化工有限責(zé)任公司，山東 鄒城 273500）

根據(jù)兗礦國(guó)宏化工有限責(zé)任公司年產(chǎn)50萬噸甲醇裝置克勞斯硫回收系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際,介紹了影響克勞斯硫回收系統(tǒng)安全穩(wěn)定、效益運(yùn)行的諸多不利因素,提出了克勞斯硫回收工藝及低溫甲醇洗工藝酸性氣提濃技術(shù)改造，制定了技術(shù)改造方案，具有一定的借鑒意義。

克勞斯硫回收；酸性氣；工藝流程；技術(shù)改造

克勞斯工藝發(fā)明伊始就成為硫磺回收工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)工藝流程[1]。但是，酸性氣中H2S的含量變化，限制了克勞斯工藝的效能。某公司年產(chǎn)500 kt甲醇系統(tǒng)配套建設(shè)了3級(jí)克勞斯硫回收裝置，但在裝置實(shí)際運(yùn)行過程中，存在諸多影響安全、穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行的不利因素，因此有必要進(jìn)行優(yōu)化改造，以滿足實(shí)際需要。

1 工藝及過程

1.1 原理

克勞斯法是將H2S在高溫下通過催化過程轉(zhuǎn)變成硫磺的工藝[2]。主要反應(yīng)如下：

硫回收裝置采用標(biāo)準(zhǔn)的3級(jí)克勞斯工藝，其任務(wù)是將來自低溫甲醇洗工序的酸性氣體（設(shè)計(jì)H2S的體積分?jǐn)?shù)≥30%），通過酸性氣燃燒爐燃燒，H2S部分生成單質(zhì)硫，部分轉(zhuǎn)化成SO2，然后H2S與SO2再經(jīng)克勞斯反應(yīng)器反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫，最后通過硫磺造粒機(jī)將其加工成硫磺顆粒，包裝出售。尾氣送至鍋爐焚燒脫硫，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)后經(jīng)150 m高空煙囪排放。

克勞斯反應(yīng)器包括1個(gè)高溫的燃燒爐和緊接著的3個(gè)低溫的催化反應(yīng)器。高溫部分發(fā)生反應(yīng)(1)、(2)以及少量反應(yīng)(3)，低溫的催化部分主要發(fā)生反應(yīng)(3)。嚴(yán)格控制O2和H2S比例是克勞斯法的關(guān)鍵。過少的O2將引起SO2不足致使反應(yīng)(3)不完全，H2S去除率降低。過多的O2將形成過量的SO2在克勞斯裝置的加熱段氧化成SO3，進(jìn)入下游的熱交換器冷卻時(shí)會(huì)形成強(qiáng)酸、強(qiáng)腐蝕性的冷凝物[3]。

1.2 原生產(chǎn)方法及特點(diǎn)

該公司的硫回收裝置采用DCS進(jìn)行操作和控制。通過調(diào)節(jié)進(jìn)燃燒爐的空氣流量來控制尾氣中H2S與SO2的摩爾比為2:1，以滿足反應(yīng)最佳比例；通過分別調(diào)節(jié)進(jìn)第1～第3過程氣加熱器的蒸汽流量來控制進(jìn)第1～第3級(jí)克勞斯反應(yīng)器的過程氣的入口溫度，使其滿足各級(jí)克勞斯反應(yīng)器所需的反應(yīng)溫度[4]。

原設(shè)計(jì)處理酸性氣體體積流量為3 900 m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），硫磺回收率為96%，回收尾氣中控制指標(biāo)H2S和SO2的體積分?jǐn)?shù)分別為<0.2%和<0.1%。而通過實(shí)際運(yùn)行看，尾氣中H2S和SO2的體積分?jǐn)?shù)一般分別為3%和1%左右。

2 問題分析及改造方案

2.1 存在問題分析

1)使用6.0 MPa蒸汽作為3臺(tái)過程氣加熱器的熱源，用量約5 t/h，能量浪費(fèi)大；

2)3臺(tái)碳鋼材質(zhì)的過程氣加熱器使用壽命短，列管與管板易遭酸性氣體腐蝕泄漏；

3)換熱器腐蝕內(nèi)漏導(dǎo)致?lián)Q熱效果大大下降，克勞斯反應(yīng)器溫度較低，反應(yīng)不充分，硫磺轉(zhuǎn)化率降低（實(shí)際轉(zhuǎn)化率僅有75%），造成尾氣排放的SO2超標(biāo)，污染環(huán)境。

由于停車堵漏頻繁，因此造成系統(tǒng)無法穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。

2.2 改造方案

改造的原則是在原流程的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行、節(jié)能、尾氣達(dá)標(biāo)排放[5]。

1)在原來氣體流程的基礎(chǔ)上，在燃燒爐后增加一個(gè)長(zhǎng)3.6 m、直徑1.8 m的短節(jié)，頂部配置3個(gè)摻合閥，開口引出3股高溫氣體進(jìn)入克勞斯反應(yīng)器，取代3臺(tái)過程使用6.0 MPa蒸汽的加熱器；

2)在克勞斯反應(yīng)器后增加尾氣焚燒爐，不達(dá)標(biāo)的克勞斯尾氣進(jìn)入尾氣焚燒爐深度處理，再經(jīng)過廢熱鍋爐降溫后進(jìn)入熱電煙囪排放；

3)為提高硫回收副產(chǎn)蒸汽的品質(zhì)，將酸性氣燃燒爐后的低壓廢鍋（設(shè)計(jì)副產(chǎn)0.35 MPa蒸汽）改為中壓廢鍋，副產(chǎn)2.5 MPa蒸汽。

改造后的流程：由廢熱鍋爐出來的過程氣經(jīng)一級(jí)摻和閥升溫至220℃后，進(jìn)一級(jí)克勞斯反應(yīng)器發(fā)生克勞斯反應(yīng)；反應(yīng)后的過程氣進(jìn)入一級(jí)硫冷凝器，冷凝并分離出液硫；冷卻后的過程氣經(jīng)二級(jí)摻和閥升溫至220℃后，進(jìn)二級(jí)克勞斯反應(yīng)器發(fā)生克勞斯反應(yīng)，反應(yīng)后的過程氣進(jìn)入二級(jí)硫冷凝器，冷凝并分離出液硫；冷卻后的過程氣經(jīng)三級(jí)摻和閥升溫至200℃后，進(jìn)三級(jí)克勞斯反應(yīng)器發(fā)生克勞斯反應(yīng)，反應(yīng)后的過程氣進(jìn)入三級(jí)硫冷凝器，冷凝并分離出液硫。出三級(jí)硫冷凝器的冷卻尾氣經(jīng)尾氣捕集器捕集硫磺后送尾氣焚燒爐加熱到230℃后送鍋爐焚燒脫硫。

3 改造效益

1)改造后節(jié)約中壓蒸汽5 t/h（包括過程氣加熱器使用及沿途管網(wǎng)損失），按蒸汽80元/t計(jì)，年節(jié)約蒸汽消耗319萬元。改造前副產(chǎn)0.35 MPa低壓蒸汽，但利用率低，造成大量放空損失。改造后副產(chǎn)的2.5 MPa中壓蒸汽并入中壓蒸汽管網(wǎng)，用于驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)，從而降低了鍋爐的負(fù)荷，節(jié)省電煤0.2 t/h，按每噸電煤價(jià)格500元計(jì)，年節(jié)約煤炭消耗80萬元。

2)硫回收尾氣總硫的體積分?jǐn)?shù)由4%降至0.3%（H2S和SO2體積分?jǐn)?shù)分別為0.2%和0.1%），送入鍋爐燃燒脫硫，節(jié)省石灰石用量2.9 t/h，石灰石價(jià)格按60元/t計(jì)，年節(jié)約石灰石消耗139萬元。

3)改造后增強(qiáng)了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，能夠有效減少停車檢修次數(shù)，保證硫磺產(chǎn)量的同時(shí)能夠大大降低維護(hù)費(fèi)用。

[1]李發(fā)永,曹作剛,劉相,等.含H2S酸性氣體處理新工藝過程研究[J].化學(xué)工程,2001(4):55-57.

[2]張劍鋒,張華鄂.超級(jí)克勞斯工藝[J].天然氣工業(yè),1993,13(6):70-74.

[3]鄭子文.硫回收尾氣處理技術(shù)及超級(jí)克勞斯工藝[J].硫酸工業(yè),1993(2):41-44.

[4]陳兵,尹榮輔.提高克勞斯工藝硫磺回收率的新途徑[J].天然氣工業(yè),1991,11(1):80-82.

[5]陳賡良.克勞斯裝置尾氣處理技術(shù)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)[J].天然氣工業(yè),1993,13(2):74-81.

Technical Improvement of Claus Sulfur Recovery Process

Zhang Lu

(Yancon Guohong Chemicals Co.Ltd,Zoucheng,Shandong 273500)

Some disadvantages of claus sulfur recovery system in safety and operation were reviewed and the technology improvement in recycle of claus sulfur recovery system and concentration of rectisol process were also indicated in the paper.

claus sulfur;acid gas;technological process;technical transformation

X783

BDOI10.3969/j.issn.1006-6829.2011.05.018

2011-07-11